近日，中国科学院宁波材料技术与工程研究所黄庆研究员团队在“陶瓷基复合材料绿色制造和低成本技术”方面取得进展，研究成果申请了国家发明专利（201810433805.3）。

　　陶瓷基复合材料（CMCs）被认为是制造高温结构部件的优先候选材料，应用于航空航天等领域。近年来，CMCs在民航、高铁、汽车等现代运输系统刹车盘、高温气体余热回收、工业粉尘过滤、大型高温系统加热部件等民用领域也体现出巨大的经济价值。随着军民融合工作的深入推进，CMCs制备技术将会更趋绿色化、低成本化。先驱体浸渍热解（PIP）工艺是制备CMCs的重要方法，通过LC3计划，美国最先开展了CMCs低成本化的研究，确定了适用于1000℃～1300℃的SiOC基体系，并开发了适用于PIP工艺的先驱体产品。而国内，在该温度范围仍采用SiC基体系，相应先驱体为聚碳硅烷（PCS），存在的不足是：需要溶解于有机溶剂，降低了浸渍效率，带来了污染；PCS本身不能交联，热解后发泡；PCS陶瓷收率不高，约55%；价格较为昂贵，3000～4000元/公斤；所得复合材料存在耐高温性冗余。显然，PCS难以满足理想先驱体的特点：兼具“三低”（低粘度、低温交联、低收缩），“二无”（无杂质、无发泡），“一高”（高陶瓷收率）及成本低的特点。先驱体的研究直接影响了CMCs绿色制造和低成本化的实现。

　　本实验室在“十二五”期间承担了中科院核能先导专项任务，已成功合成出用于制备SiC纤维的先驱体——PCS。在PCS的合成过程中会产生大量的（约45%）液态副产物，科研人员对液态副产物的组成结构进行分析，确定其为重均分子量在200～800之间、主链为Si-C结构的液态低分子量PCS。进一步，向其中引入“C=C”活性基团，制备了可转化为SiOC陶瓷的液态先驱体（LC-PCS）。LC-PCS具有如下特征：①室温粘度约30mPa·s；②在400℃以下可充分交联；③陶瓷收率大于70%。最后，分别以LC-PCS和PCS为先驱体，通过PIP工艺制备CMCs。结果表明，得到致密样品所需的“浸渍-裂解”周期从14个降低到10个。可见，通过本研究可从先驱体本身和复材制备过程两个环节降低了CMCs的成本，制备可在1000～1300℃服役的高性价比CMCs。近年来，随着SiC纤维及其复合材料需求的增加，国内PCS年产量已超过50吨，并仍将逐年快速增加，液态副产物年产生量也基本相当。“十三五”期间，本实验室PCS的年产量将达到吨级，本成果将实现150万～200万/年额外的经济效益。同时，对液态副产物的再利用也实现了PCS的绿色合成，体现了环境效益。

　　以上工作得到了国家自然科学基金（91426304）以及中科院战略先导科技专项（XDA03010305）的资助支持。

　　图1 （a）LC-PCS；（b）交联固化产物；（c）1200℃裂解产物；（d）PCS和LC-PCS的TG曲线

　　图2 （a）LC-PCS和PCS溶液浸渍周期-增重曲线；（b）LC-PCS为先驱体所制得2D Cf/SiOC

　　（黄庆研究员团队供稿）